一、中國農村水環(huán)境污染現狀
農村水環(huán)境是指分布在廣大農村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體的總稱(chēng)。我國總計有鄉鎮45412個(gè)，村民委員會(huì )739980個(gè)，鄉村戶(hù)數23692.7萬(wàn)戶(hù)，鄉村人口達91960萬(wàn)人。農村人口分散，人口數量多，沒(méi)有任何生活污水的收集和處理設施，這使農村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素。據測算，全國農村每年產(chǎn)生生活污水80多億噸，而96%的村莊沒(méi)有排水渠道和污水處理系統，生活污水隨意排放，嚴重污染了農村地區居住環(huán)境，農村大部分地區河、湖等水體普遍受到污染，飲用水水質(zhì)安全受到嚴重威脅，直接危害農民的身體健康，嚴重影響農村地區的環(huán)境衛生，極易導致一些流行性疾病的發(fā)生與傳播。據估算，農村環(huán)境問(wèn)題每年造成的經(jīng)濟損失已超過(guò)千億元，我國農村環(huán)境與生態(tài)狀況令人擔憂(yōu)。
一些人口密集的欠發(fā)達地區也認識到，如果不對農村生活污水采取有效處理，會(huì )觸發(fā)農村醫療和經(jīng)濟建設等方面的系列問(wèn)題，甚至造成傳染病的產(chǎn)生與擴散。鑒于農村生活污水的問(wèn)題日益嚴重，迫切需要采取積極的措施。近年來(lái)，隨著(zhù)地方經(jīng)濟實(shí)力的增強，尤其是發(fā)達省份在經(jīng)濟發(fā)展到一定階段以后，逐步認識到農村生活污水處理問(wèn)題的重要性，并開(kāi)始采用一些實(shí)用、合理、低能耗和低運行費用的技術(shù)來(lái)處理污水。
二、中國農村污水主要特點(diǎn)
我國農村生活污水有以下特征：
?。?）面廣且分散：村莊分散的地理分布特征造成污水分散，難于收集。
?。?）來(lái)源多：除了來(lái)自人糞便、廚房產(chǎn)生的污水外，還有家庭清潔、生活垃圾堆放滲濾而產(chǎn)生的污水。例如，太湖洗衣廢水占生活污水的21.6%，巢湖、滇池大約為17.9%。
?。?）增長(cháng)快：隨著(zhù)農民生活水平的提高以及生活方式的改變，生活污水的產(chǎn)生量也隨之增長(cháng)。
?。?）處理率低：96%的村莊沒(méi)有排水渠道和污水處理系統。
三、國外鄉村污水處理技術(shù)
?。?）澳大利亞 “FILTER”（非爾脫） 污水處理及再利用系統
澳大利亞科學(xué)和工業(yè)研究組織的專(zhuān)家于最近幾年提出一種“過(guò)濾、土地處理與暗管排水相結合的污水再利用系統，稱(chēng)之為（非爾脫）污水灌溉新技術(shù)。這個(gè)系統一方面可以滿(mǎn)足農作物對水分和養分的要求，一方面能降低污水中氮、磷等元素的含量，使之達到污水排放標準。其特點(diǎn)是過(guò)濾后的污水都匯集到地下暗管排水系統中，并設有水泵，可以控制排水暗管以上的地下水位，以及處理后污水的排出量。
該系統利用污水灌溉達到污水處理的目的，能有效實(shí)現污染物去除和污水減量的雙重目標，既可滿(mǎn)足作物對水分與養分的需求，又可降低污水中的氮、磷、鉀含量，避免污水直接排入水體后，導致水體富營(yíng)養化。該系統對總磷（TP）、總氮（TN）、生物需氧量（BOD5）和化學(xué)需氧量（CODcr）的去除率分別能達到97%~99%、82%~86%、93%和75%~86%。
?。?）土壤毛管滲濾系統
該系統將污水投配到土壤表面具有一定構造的滲濾溝中，污染物通過(guò)物理、化學(xué)、微生物的降解和植物的吸收利用得到處理和凈化。美國、日本、澳大利亞、以色列、俄羅斯和西歐等國一直十分重視該系統的研究和應用，在工藝流程、凈化方法和構筑設施等方面做到了定型化和系列化，并編制了相應的技術(shù)規范。該技術(shù)對懸浮物、有機物、氨氮、總磷和大腸桿菌的去除率均較高，一般可達70%~90%，而且基建投資少、運行費用低、維護簡(jiǎn)便，整個(gè)系統埋在地下，不會(huì )散發(fā)臭味，能保證冬季較穩定的運行，便于污水的就地處理和回用。因此，對于水資源供需矛盾日益緊張、生活污水污染日趨嚴重的廣大農村，該技術(shù)具有很強的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。
?。?）人工濕地處理系統
該系統一般由人工基質(zhì)（多為碎石）和生長(cháng)在其上的沼生植物（蘆葦、香蒲、燈心草和大麻等）組成，是一種獨特的“土壤-植物-微生物”生態(tài)系統，利用各種植物、動(dòng)物、微生物和土壤的共同作用，逐級過(guò)濾和吸收污水中的污染物，達到凈化污水的目的。該技術(shù)在歐洲、北美、澳大利亞和新西蘭等國家得到了廣泛應用，其缺點(diǎn)是需要大量土地，并要解決土壤和水中的充分供氧問(wèn)題，以及受氣溫和植物生長(cháng)季節的影響等問(wèn)題。
?。?）生物膜技術(shù)
生物膜法是分散生活污水處理主要應用的一種人工處理技術(shù)，包括厭氧和好氧生物膜兩種。厭氧或好氧微生物附著(zhù)在載體表面，形成生物膜來(lái)吸附、降解污水中的污染物，達到凈化目的。該方法設備簡(jiǎn)單、運行成本較低，處理效率高。反應器一般由填料（載體）、布水裝置和排水系統三部分組成，采用的填料有無(wú)機類(lèi)（陶粒、礦渣、活性炭等）和有機類(lèi)（PVC、PP、塑料、纖維等）。目前，新型的生物膜反應器和固定化微生物技術(shù)也得到了廣泛的研究。
日本“石井法”生物膜技術(shù)：日本石井勛教授發(fā)明的“石井法”，是利用使用過(guò)的乳酸飲料瓶作曝氣池填料，采用的是生物膜技術(shù)原理。生物膜技術(shù)利用微生物具有氧化分解有機物的功能，采取人工措施來(lái)創(chuàng )造更有利于微生物生長(cháng)和繁殖的環(huán)境，使微生物大量繁殖，以提高對污水中有機物的氧化降解效率。
?。?）穩定塘工藝
該技術(shù)主要是利用菌藻的共同作用來(lái)去除污水中的污染物，具有基建投資少、運轉費用低、維護簡(jiǎn)單、便于操作、能有效去除污水中的有機物和病原體以及無(wú)需污泥處理等優(yōu)點(diǎn)。德國和法國分別有各類(lèi)穩定塘3000座和2000座，而美國已有各類(lèi)穩定塘上萬(wàn)座。
美國高效藻類(lèi)穩定塘：美國加州大學(xué)伯克利分校提出并研發(fā)的高效藻類(lèi)塘是對傳統穩定塘的改進(jìn)，最大限度地利用了藻類(lèi)產(chǎn)生的氧氣，其充分利用菌藻共生關(guān)系，對污染物進(jìn)行高效處理。高效藻類(lèi)塘較傳統的穩定塘停留時(shí)間短，占地面積少；建設容易，維護簡(jiǎn)便，基建投資少，運行費用低。
?。?）一體化集成裝置處理技術(shù)
發(fā)展集預處理、二級處理和深度處理于一體的中小型污水處理一體化裝置，是國內外污水分散處理發(fā)展的一種趨勢。日本研究的一體化裝置主要采用“厭氧-好氧-二沉池”組合工藝，兼具降解有機物和脫氮的功能，其出水BOD5<20毫克/升、TN<20毫克/升，近年來(lái)開(kāi)發(fā)的膜處理技術(shù)，可對BOD5和TN進(jìn)行深度處理。歐洲許多國家開(kāi)發(fā)了以SBR、移動(dòng)床生物膜反應器、生物轉盤(pán)和滴濾池技術(shù)為主，結合化學(xué)除磷的小型污水處理集成裝置。
?。?）法國的蚯蚓生態(tài)濾池
法國開(kāi)發(fā)了蚯蚓生態(tài)濾池新技術(shù)。這項技術(shù)根據蚯蚓具有提高土壤通氣透水性能和促進(jìn)有機物質(zhì)的分解轉化等功能而設計，是一種既可高效、低能耗地去除城鎮污水中的污染物質(zhì)，又大幅度降低了剩余污泥處理和處置費用的、全新概念的污水處理工藝。這套處理系統大幅度簡(jiǎn)化了污水處理流程，運行管理簡(jiǎn)單方便，并能承受較強的沖擊負荷；處理系統基本不外排剩余污泥。
四、中國鄉村污水處理技術(shù)路線(xiàn)選擇
目前污水處理系統主要是根據污水處理水平的要求，采用一種或幾種處理技術(shù)或工藝聯(lián)合處理污水。按照污水處理技術(shù)的適用條件，農村地區生活污水處理系統可分為集中處理和分散處理兩大類(lèi)。
我國從上個(gè)世紀80年代開(kāi)始開(kāi)展生活污水分散處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研制工作，許多形式各異的無(wú)動(dòng)力或微動(dòng)力的低能耗型一體化污水處理裝置得到應用，但目前該分散技術(shù)的使用率較低，還存在許多問(wèn)題。一方面，生物處理效率較低，尤其表現為氮磷去除率很低。氮磷污染是導致水體富營(yíng)養化的主要原因，如果在此技術(shù)上不能取得突破，這類(lèi)技術(shù)的應用前景必然會(huì )受到限制。另一方面，目前實(shí)施的分散污水處理只是初步實(shí)現了分散污水的收集、處理和排放，遠未實(shí)現分散處理的真正目的—再利用（Reuse），即將污水就地處理和就地回用，實(shí)現污水資源化。
?。?）集中處理系統。集中處理系統主要是指（小型化）污水處理廠(chǎng)、人工濕地系統或土地處理系統等，通過(guò)一系列的物理、化學(xué)以及生物措施減少污水中的污染物，從而達到污水凈化和資源化利用的目的。
?。?）分散處理系統。分散處理系統是一個(gè)高度濃縮的微型化污水處理廠(chǎng)。它采用各種物理、化學(xué)或生物措施組合工藝，將各種處理技術(shù)高度集成在一個(gè)較小的空間范圍內。隨著(zhù)各種工藝和技術(shù)的發(fā)展，分散處理系統的產(chǎn)品種類(lèi)和型號越來(lái)越多。
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1. 技術(shù)路線(xiàn)：
主要是指（小型化）污水處理廠(chǎng)、人工濕地系統或土地處理系統等，通過(guò)一系列的物理、化學(xué)以及生物措施減少污水中的污染物，從而達到污水凈化和資源化利用的目的。污水處理廠(chǎng)是目前集中處理污水的主要方式之一，是傳統二級生化處理系統。
人工濕地污水處理技術(shù)通過(guò)物理過(guò)濾、生物降解和植物截留等作用機理除去有機質(zhì)，并通過(guò)水生植物與微生物的協(xié)同作用除去N和P，特別適用于生活污水、河道和自然湖泊水系的處理與回用等。
2.關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節：
在給定污染物負荷（單位時(shí)間單位面積上輸入的污染物數量）和水力負荷（水力停留時(shí)間）條件下，影響二級污水處理出水質(zhì)量的關(guān)鍵因素是微生物細菌對有機污染物降解的有效性。不論是厭氧處理還是好氧處理，良好的菌種及其生存環(huán)境影響微生物的降解效果。三級處理主要與所選擇的深度處理技術(shù)有關(guān)。土壤質(zhì)地及水文地質(zhì)條件影響土地處理系統的處理效果。填料和植被性質(zhì)以及氣溫等因素影響人工濕地處理系統的處理效果。
3.主要性能參數：
污水處理廠(chǎng)的出水質(zhì)量一般按《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GBl8918-2002）一級A設計，人工濕地處理系統按《城市污水再生利用景觀(guān)環(huán)境用水水質(zhì)》 （GB/T18921-2002）、《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-1996）Ⅳ類(lèi)或《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的城鎮二級污水處理廠(chǎng)一級標準設計。潛流式濕地系統的一般水力負荷為2～15厘米/天。生活污水經(jīng)濕地系統處理后其出水BOD5<10毫克/升。
4.推廣中需要注意的事項：
污水處理廠(chǎng)占地面積大，一次性投資高，污泥處理困難。人工濕地將污水處理工程與生態(tài)環(huán)境綜合治理有機地結合起來(lái)，且工程投資和運行成本低，出水水質(zhì)穩定，易于管理和維護，是一種較為適宜我國農村地區的污水處理技術(shù)。
5.工程應用情況：
集中污水處理系統一般自動(dòng)化程度高、便于管理，出水水質(zhì)好且穩定，滿(mǎn)足國家的排放要求。除土地處理方式外，各種集中污水處理方式在國內都有較多的工程實(shí)例，已積累了一定的建設和管理經(jīng)驗。
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1.技術(shù)路線(xiàn)：
分散處理系統是一個(gè)高度濃縮的微型化污水處理廠(chǎng)。它采用各種物理、化學(xué)或生物措施組合工藝，將各種處理技術(shù)高度集成在一個(gè)較小的空間范圍內。隨著(zhù)各種工藝和技術(shù)的發(fā)展，分散處理系統的產(chǎn)品種類(lèi)和型號越來(lái)越多。
與集中處理系統相比，分散污水處理系統較多地采用了一些高新技術(shù)，從而使得污水處理設備的體積相對較小。
2.關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節：
分散污水處理系統的關(guān)鍵部件是設備采用的具體處理技術(shù)及工藝，系統處理效率的高低和出水水質(zhì)的穩定性主要由其關(guān)鍵組件如（生物）膜和活性炭的性能決定。
3.主要性能參數：
分散污水處理系統的性能參數一般按《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）中的城鎮二級污水處理廠(chǎng)一級標準設計。
4.工程應用情況：
目前分散污水處理設備的價(jià)格相對較高，較適合于小型企事業(yè)單位、餐館和經(jīng)濟較發(fā)達地區的農村小型居民點(diǎn)使用
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1.地下土壤滲濾技術(shù)
地下土壤滲濾凈化系統是一種基于自然生態(tài)原理，予以工程化、實(shí)用化而創(chuàng )造出的一種新型小規模污水凈化工藝技術(shù)，是將污水有控制地投配到經(jīng)一定構造、距地面約50 cm深和具有良好擴散性能的土層中。投配污水緩慢通過(guò)布水管周?chē)乃槭蜕皩?，在土壤毛管作用下向附近土層中擴散。表層土壤中有大量微生物，作物根區處于好氧狀態(tài)，污水中的污染物質(zhì)被過(guò)濾、吸附、降解。所以地下滲濾的處理過(guò)程非常類(lèi)似于污水慢速滲濾處理過(guò)程。由于負荷低，停留時(shí)間長(cháng)，水質(zhì)凈化效果非常好，而且穩定。地下土壤滲濾凈化系統建設容易、維護管理簡(jiǎn)單，基建投資少，運行費用低。整個(gè)處理裝置放在地下，不損害景觀(guān)，不產(chǎn)生臭氣。
地下土壤滲濾法在我國日益受到重視。中科院沈陽(yáng)應用生態(tài)所“八五”、“九五”期間的研究表明，在我國北方寒冷地區利用地下土壤滲濾法處理生活污水是可行的，且出水能夠作為中水回用；1992年北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院對地下土壤毛管滲濾法處理生活污水的凈化效果和綠地利用進(jìn)行了研究；清華大學(xué)在2000年國家科技部重大專(zhuān)項中，首先在農村地區推廣應用地下土壤滲濾系統，取得了良好效果：對生活污水中的有機物和氮、磷等均具有較高的去除率和穩定性，CODcr、BOD5、NH3-N和TP的去除率分別大于80%、90%、90%和98%。
除此以外，浙江、廣東、天津和江蘇等地還分別在無(wú)動(dòng)力、地埋式厭氧處理系統、雨污分離管網(wǎng)輸送集中處理和生物投菌等技術(shù)進(jìn)行了探索與嘗試，也都取得了一定的進(jìn)展。分散的幾戶(hù)或十幾戶(hù)人家適合采用地下土壤滲濾凈化系統。
2.好氧生物處理系統
好氧生物處理法：就是通過(guò)風(fēng)機等設備給污水輸氧，培養生物菌種和微生物，通過(guò)菌種和微生物把污水中的大部分有機物分解為無(wú)污染的二氧化碳、水等物質(zhì)，少部分合成為細胞物質(zhì)，促使微生物增長(cháng)，并以剩余污泥的形式排出，使污水得以?xún)艋欧?。如SBR法，集曝氣、沉淀、排水功能于一體，不斷地轉換，省去了傳統的污泥回流設備，大大降低了建設費用；A2O法具有脫氮、除磷功能，還有如生物轉盤(pán)處理工藝、膜生物反應器處理工藝等。
好氧生物處理系統是新農村污水處理中最常用的一種處理技術(shù)。好氧生物處理工藝眾多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，選擇時(shí)要根據實(shí)際情況仔細論證和比選，注重經(jīng)濟適用。
好氧生物處理法和自然處理系統比較， 占地面積小，抗氣候等外界影響的能力強，建設的地點(diǎn)選擇范圍大，處理穩定，處理效率高。但基建投資、運行成本要高于自然處理系統。
3.厭氧生物處理系統
我國從上個(gè)世紀80年代開(kāi)始開(kāi)展生活污水厭氧生物法的開(kāi)發(fā)和研制工作，許多形式各異的無(wú)動(dòng)力或微動(dòng)力的低能耗型一體化污水處理裝置得到應用。如無(wú)動(dòng)力地埋式生活污水處理裝置采用無(wú)動(dòng)力厭氧生物膜技術(shù)，工藝流程簡(jiǎn)單，無(wú)耗能，全部埋于地下，也無(wú)需專(zhuān)人管理。與好氧生物處理相比，無(wú)動(dòng)力地埋式生活污水處理裝置技術(shù)的基建投資略高于好氧處理，無(wú)日常運行費用的支出。
厭氧生物法目前技術(shù)上還存在一些問(wèn)題，主要表現在生物處理效率較低，尤其表現為氮磷去除率很低，在一定程度上限制了其應用。
4.人工濕地處理技術(shù)
目前，北京、深圳等城市都采用了這一技術(shù)處理生活污水。云南省澄江縣撫仙湖邊的馬料河濕地工程于2003年10月建成運行，每天可凈化污水4萬(wàn)多立方米，凈化后的水質(zhì)優(yōu)于地表水三類(lèi)標準。有關(guān)研究表明，在進(jìn)水污染物濃度較低的條件下，人工濕地對BOD5的去除率可達85%~95%，對CODcr的去除率可達80%以上，對磷和氮的去除率分別可達到90%和60%。
人工濕地污水處理系統的工程投資和運行費一般分別為傳統二級處理工藝的1/3～2/3和1/6～1/3。
5.穩定塘處理技術(shù)
在我國特別是在缺水干旱地區，穩定塘是實(shí)施污水資源化利用的有效方法，近年來(lái)成為我國著(zhù)力推廣的一項技術(shù)。與傳統的二級生物處理技術(shù)相比，高效藻類(lèi)塘具有很多獨特的性質(zhì)，對于土地資源相對豐富，但技術(shù)水平相對落后的農村地區來(lái)說(shuō)，是一種較具推廣價(jià)值的污水處理技術(shù)。李旭東等采用高效藻類(lèi)塘系統處理太湖地區農村生活污水， CODcr的平均去除率70%以上，氨氮（NH3-N）的平均去除率高達93%，磷的平均去除率為55%;陳鵬采用高效藻類(lèi)塘處理城市生活污水，取得了穩定的處理效果：CODcr、BOD5、NH3-N 和TP的平均去除率分別達到75%、60%、91.6%和50%。
6.暗河式無(wú)動(dòng)力誘導高負荷處理技術(shù)（UNHS）
暗河式無(wú)動(dòng)力誘導高負荷污水凈化系統（UNHS） 是針對于中國中小城鎮、鄉村污水處理現狀專(zhuān)門(mén)研發(fā)的新興技術(shù)。該技術(shù)所解決的主要技術(shù)問(wèn)題包括：提高污水處理效率，增強系統耐負荷沖擊性，減少動(dòng)力消耗，提高穩定性與適應性，維護管理簡(jiǎn)單，占地面積少，降低投資與運行成本等。
該技術(shù)主要原理是通過(guò)暗河式移動(dòng)懸浮膜（SMBM）、微生物/微電解（MOME）、深層生物氧化（DSBO）、無(wú)動(dòng)力誘導供氣供氧（NIAA）等工藝技術(shù)，當污水流經(jīng)各功能層或單元時(shí)，污水被多梯度逐級降解處理。從而有效地保證了整個(gè)系統的高負荷運行與抗沖擊能力。該技術(shù)采用高負荷設計與運行，容積設計負荷可高達：3~10kg COD/（m3˙d）。該系統出水可達國標一級A標準，同時(shí)也滿(mǎn)足相關(guān)中水回用的標準。
由于采用暗河式地下工藝（Under-Ground），地域與氣候適應性強，工程運行穩定可靠；而且，采用無(wú)動(dòng)力誘導通風(fēng)器供氧，不耗任何電能實(shí)現通氣與供氧，綠色節能環(huán)保。
該技術(shù)投資運行成本低、處理效率高、設計負荷高、抗沖擊能力強、適應性強，操作管理簡(jiǎn)易，故障率很低，可實(shí)現現場(chǎng)無(wú)人值守。該技術(shù)有效地解決了現存工藝技術(shù)缺陷，所以十分符合我國對中小城鎮、鄉村等小水量分散式污水處理的發(fā)展要求，以及河道水質(zhì)凈化等。
實(shí)踐證明，以上方法是解決農村生活污水治理的可能技術(shù)，但在運用中要考慮到建設與運行成本等費用，要根據實(shí)際情況因地制宜地加以選擇。
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